ArcCHECK用于全腦全脊髓容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強驗證的研究

姚升宇，陳旭明，趙國旗，許奕，陳廷鋒，王子杰，胡喆愷，劉勇

上海第一人民醫(yī)院 腫瘤放療科，上海 201620

引言

成人全腦全脊髓放療由于治療范圍較長，需要多個中心的射野銜接[1-2]。常規(guī)俯臥位三維適形計劃由于射野銜接困難，很容易造成劑量冷熱點。而容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）多中心全腦全脊髓放療技術(shù)既可以解決劑量冷熱點的問題，使銜接處劑量均勻，又比調(diào)強[3]和螺旋斷層技術(shù)[4]治療時間更短、更高效，能提高患者的舒適度[5-7]，所以許多單位正在開展這項技術(shù)。

但是由于全腦全脊髓治療范圍較長，目前沒有三維劑量驗證設(shè)備可以驗證這么長的靶區(qū)，IBA的COMPASS測量范圍為24 cm×24 cm[8-9]，PTW的OCTAVIUS 4D測量范圍為27 cm×27 cm[10-11]，而全腦全脊髓的一個射野長度往往就會超過30 cm，所以這些測量設(shè)備無法驗證整個計劃，并且以上設(shè)備只能驗證一個中心的計劃而不能驗證不同中心的射野疊加的計劃，所以對射野銜接處的劑量無法驗證。而Sunnuclear公司的ArcCHECK旋轉(zhuǎn)調(diào)強三維劑量驗證設(shè)備具有Merge功能，可以通過測量設(shè)備的位置變換及劑量融合算法將驗證范圍擴大至36 cm，使得射野重疊處的劑量也能得到驗證[12]。所以本研究將ArcCHECK用于成人全腦全脊髓計劃的驗證，重點觀察計劃射野重疊區(qū)的驗證結(jié)果，為計劃能安全實施到病人身上提供保障。

1 材料與方法

ArcCHECK是Sun Nuclear公司針對VMAT驗證專門推出的一款圓筒狀的半導(dǎo)體劑量驗證工具[13-14]，通過測量旋轉(zhuǎn)治療時射野照射在ArcCHECK上的劑量與計劃劑量相比來分析實際照射與計劃劑量之間的差距，并且可以通過測得的劑量經(jīng)過3DVH軟件逆向計算獲得病人體內(nèi)的劑量分布，從而獲得劑量體積直方圖（Dose Volume Histogram，DVH），來分析各個器官與靶區(qū)的實際受照劑量，為臨床提供參考[15-16]。1386個SunPoint半導(dǎo)體探頭呈螺旋狀分布于圓筒內(nèi)2.9 cm深度處，形成一個直徑21 cm、長度21 cm的測量范圍。但是由于全身放療的靶區(qū)較長，ArcCHECK模體的單次最長測量距離20 cm，無法測量多中心的劑量疊加，所以實際測量時需在一個中心的劑量測量完畢后，將ArcCHECK按規(guī)定旋轉(zhuǎn)180°，繼續(xù)測量另一個中心的計劃，然后用ArcCHECK的Merge功能將兩次計劃進行合并，得到不同中心計劃的疊加劑量，通過這種方法可將驗證范圍延長至36 cm，從而來驗證長靶區(qū)及計劃疊加的通過率。具體操作，見圖1。

圖1 ArcCHECK測量長靶區(qū)操作圖

驗證前先對ArcCHECK陳列做校準(zhǔn)，獲得各個探測器的響應(yīng)系數(shù)，并對陣列進行絕對劑量校準(zhǔn)，將半導(dǎo)體測得的相對劑量轉(zhuǎn)化為絕對劑量。

成人VMAT全腦全脊髓放療計劃采用俯臥位，分3個中心，頭部和頸部共用一個中心，胸部、腹盆各一個中心，每個中心射野長軸方向長度小于32 cm，單個方向長度小于16 cm。本研究的治療機器為Varian IX,計劃系統(tǒng)為Eclipse 10.0，采用VMAT技術(shù)，每個部位兩個弧，頭部射野從130o～230o交替旋轉(zhuǎn)，其他部位照射弧旋轉(zhuǎn)角度一致，從310o～50o交替旋轉(zhuǎn)。相鄰照射部位射野之間重疊2 cm，使得優(yōu)化時就考慮劑量重疊，避免冷熱點出現(xiàn)。由于頭部和頸部共用一個中心，所以射野交疊在中心處，其他部位之間射野則交疊在邊緣處。6個病人的靶區(qū)長度分別為85.6、82.3、78.3、83.3、77.4、81.4 cm。

驗證前將6例VMAT全腦全脊髓的患者計劃移植到ArcCHECK虛擬模體中進行計算，同樣將整個計劃分三個中心分別驗證，因為驗證范圍可達(dá)36 cm，所以每次驗證都能對每個中心的射野及相鄰射野間重疊區(qū)域進行驗證。驗證結(jié)果采用γ分析[17]，采用絕對劑量（AD，DTA）模式，以3 mm/3%為標(biāo)準(zhǔn)，將10%劑量以下不作為統(tǒng)計區(qū)域。統(tǒng)計各個中心計劃的γ驗證通過率，比較測量結(jié)果與計劃結(jié)果的劑量分布，并對射野重疊區(qū)域驗證結(jié)果進行重點觀察。由于目前無法將三個部位的驗證結(jié)果合并為一個計劃，所以DVH的功能在此計劃中無法應(yīng)用。同時我們對實際絕對劑量也做了驗證，用PTW 31010，有效靈敏體積為0.125 cm3，將電離室插入ArcCHECK模體中心，對計劃劑量與實際測量劑量進行比較。

2 結(jié)果

對6個VMAT全腦全脊髓放療的計劃驗證發(fā)現(xiàn)，三個中心的計劃驗證通過率都在96.4%以上，說明測量結(jié)果和計劃結(jié)果有著較好的一致性。6個計劃三個中心驗證的通過率分別為頭頸99.1%±0.8%、胸97.5%±1.1%、腹盆98.8%±0.6%。

對測量結(jié)果與計劃結(jié)果的劑量分布也進行了分析，頭頸中心的計劃驗證劑量比較圖，見圖2；胸部中心計劃的劑量比較圖，見圖3；腹盆中心計劃的劑量比較圖，見圖4。

圖2 頭頸射野計劃驗證比較圖

從各個圖中可以看出，各個部位的測量結(jié)果劑量分布與計劃結(jié)果劑量分布有著良好的一致性，驗證不通過的點（藍(lán)點和紅點，藍(lán)點是測量結(jié)果低于計劃結(jié)果且不通過，紅點是測量結(jié)果大于計劃結(jié)果且不通過）很少。在射野疊加區(qū)域內(nèi)（圖中紅框區(qū)域為射野疊加區(qū)），計劃結(jié)果和驗證結(jié)果比較差異不大，很少有不通過的測量點，說明計劃系統(tǒng)在處理射野疊加時有著很高的計算精度，計算結(jié)果是可信的。通過ArcCHECK對全腦全脊髓整個射野的驗證結(jié)果表明，計劃結(jié)果有著很高的驗證通過率，計算結(jié)果十分精確，為計劃能安全地實施到病人身上提供了可靠的依據(jù)。

絕對劑量測量結(jié)果統(tǒng)計，見表1。誤差統(tǒng)計公式為error=(測量值-計劃值)/測量值100%。

我們分別對6個病人三個不同部位都做了驗證，計算計劃劑量和實測劑量之間的差異從-1.7%到1.5%，都在誤差允許范圍內(nèi)。

表1 絕對劑量測量值與計劃值比較表（%）

3 討論

計劃驗證是保證患者能夠精確安全地接受治療方案的重要保障，隨著放療新技術(shù)的發(fā)展，放療計劃質(zhì)量日益提高，但是技術(shù)變得愈加復(fù)雜，所以在治療計劃實施到病人身上之前，必須對放療計劃進行驗證。IMRT、VMAT或TOMO技術(shù)用于治療全腦全脊髓之后，劑量分布有了很大的改善，副反應(yīng)也降低了很多[18]。但是，這些技術(shù)比三維適形計劃要復(fù)雜得多，因此，在對患者進行治療之前，計劃需要驗證。成人全腦全脊髓計劃的劑量驗證一直是驗證難題，因為靶區(qū)長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了驗證設(shè)備的測量范圍，而且對不同射野間劑量疊加區(qū)域無法驗證。VMAT全腦全脊柱方案的完整治療長度可以超過70 cm，目前沒有一個驗證設(shè)備可以達(dá)到這個驗證長度。所以我們需要一個可以擴展驗證長度的驗證裝置來驗證全腦全脊髓長靶區(qū)計劃。

圖3 胸部射野計劃驗證比較圖

圖4 腹盆射野計劃驗證比較圖

本文運用ArcCHECK對驗證范圍進行了延長，使得能夠同時驗證整個靶區(qū)的劑量以及射野交疊處的劑量分布。ArcCHECK的Merge功能采用位置變換和劑量疊加使得驗證范圍延長至36 cm，這樣就使得單次驗證就能包括一個中心的全部射野及相鄰射野疊加區(qū)域，并且通過分部位驗證使得整個計劃范圍都能得到驗證，這樣就解決了長靶區(qū)的驗證難題。通過我們對6個成人全腦全脊髓計劃的驗證發(fā)現(xiàn)，各個部位的計劃都有著較高的驗證通過率，并且在射野重疊區(qū)域驗證結(jié)果和計劃結(jié)果也有著很好的一致性，說明計劃在相鄰射野銜接的計算結(jié)果十分精確，絕對劑量驗證結(jié)果也表明實測劑量與計劃劑量有著很好的一致性，這就確保了計劃在病人身上實施的安全性。

有研究表明，Delta4的最大測量長度可以擴展到38 cm，也可以用來驗證長靶區(qū)[19-21]。然而，Delta4所有的探測器都是兩排正交的半導(dǎo)體探測器，不能直接測量絕對劑量，需要經(jīng)過系數(shù)轉(zhuǎn)換，而且半導(dǎo)體對射線的方向比較敏感，不同射線方向半導(dǎo)體的響應(yīng)程度不同，需要對各個角度都進行修正，當(dāng)射線方向與探測器平面平行時，該平面的探測器探測信號就會受影響，只有另外一排的探測器發(fā)揮作用。而且Delta4沒有電離室插槽，不能運用電離室測量絕對劑量。ArcCHECK的半導(dǎo)體是螺旋分布的，使得任何角度都能接受劑量，不會有信號的丟失，且絕對劑量也可以通過在ArcCHECK中插入一個電離室來測量，可以同時測量劑量分布和絕對劑量。此外，ArcCHECK模體比Delta4輕得多，因此更容易設(shè)置。

雖然我們現(xiàn)在可以通過ArcCHECK驗證長靶區(qū)的計劃，但是是通過分為三個部位分別驗證然后合并，最長范圍也只有36 cm，驗證過程還是比較復(fù)雜。我們將通過進一步研究，將三個部位的劑量進行整體合并，使得能夠觀察整個靶區(qū)的驗證結(jié)果，從而能進行靶區(qū)整體的三維驗證。

4 結(jié)論

ArcCHECK能延長驗證范圍，并且能同時測量計劃絕對劑量，使得成人全腦全脊髓VMAT計劃能夠得到整體的驗證，可以在全腦全脊髓計劃及其他長靶區(qū)計劃驗證中加以應(yīng)用。